JP2009526882A - 無水の１成分の建築構造および平屋根のシール用被覆組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】建築構造および／または平屋根のシール用の現在の典型的なコーティング組成物は溶剤、水または有毒物質、例えばビチューメンやイソシアネートを含んでいる。本発明はこの問題を解決する。
【解決手段】本発明は少なくとも２つのメトキシアルキルシラン末端を有するポリオキシアルキレンを含む粘度が調節された組成物を用いることで上記問題を解決する。

Description

本発明は、ＭＳポリマーをベースにした１成分の無水（water-free）の建設構造物および平屋根用シール（封止）被覆（コーティング）組成物に関するものである。
上記のＭＳポリマーはシラン末端を有するポリオキシアルキレン、好ましくは互いに異なる粘度を有するメトオキシ-アルキルシラン-末端を有するポリオキシプロピレンとチョーク粉末との混合物、乾燥剤、硬化触媒、接着促進剤および必要に応じて用いる他の添加剤とからなる。本発明の大気中の水分で硬化する被覆組成物は、流動抵抗性が高く、高弾性、耐候性に優れ、低収縮性で重ね塗り性（overcoatability）に優れ、垂直面だけでなく水平面あるいは屋根のセクション間の遷移部分をシールすることができる。

建設業では無機または有機の建築材料で作られた建設構造物、平屋根および／または構造要素を水の進入に対してシールする必要がある。この場合、特に重要なのは継目または亀裂部のシーリングである。この要求を満たすために古くから平屋根の建築時または修理時に永久に可塑性または粘弾性を有するコーテング材料が用いられてきた。

従来技術としては各種のシーリング材料が知られている。ビチューメンシートは前世紀の始めから使用されている。しかし、この工法は今日ではほとんど用いられていない。その理由は角度のある場所やエッジ部分および孔の所でのシーリングが簡単でなく、例え丁寧に仕上げても上記の場所ではリーク（漏れ）が起き易いためである。

加熱した液体ビチューメンやポリマー混合物を用いることで上記の問題は避けることができるが、コーティング作業者が毒性成分に曝される危険がある。同様な問題は溶剤を含むビチューメン混合物や合成樹脂混合物にもある。そのため溶剤を含むシーラントはほとんど使用されなくなった。ポリウレタンベースの１成分または２成分のコーテング組成物は有機溶媒なしで作れるが、極めて有毒なイソシアネート化合物を含むため、その使用は非常に難しい。

水溶性分散ポリマーまたはポリマーエマルションをブラシで塗布したり、噴霧する使用方法は状況が少し良い。しかし、これらのシーリング材料を外界温度だけで充分迅速に乾燥させるには15℃以上の温度が必要である。一方、20℃以上の温度で乾燥した場合には水が取り込まれ、水膨れ（ブリスタリング）部分がリークポイントになる。さらに、水溶性コーティング組成物は安定度が低いため、耐湿性に優れた充分な厚さの層にするためには、少なくとも２層以上を互いに積層させなければならない。

シリコーンをベースにした一成分のコーティング組成物は大気中の湿分の影響下で硬化する。最も良く知られた系はアセテート系で、これは硬化時に酢酸を発する。この系の欠点は多くの建設材料に対して接着力が不足し、更には重ね塗り性が悪いことである。さらに、戸外で使用した場合の耐候安定度が中部ヨーロッパで課せられている共通条件を満たさない。

上記バックグラウンドの基に、過去約25年、足場（scaffold）となるポリマー、例えばポリプロピレンオキシドとシラン誘導体とからなるハイブリッドポリマーが開発されてきた。この場合、シラン基が主としてメトキシ基を運び、大気中の湿分で硬化される間にそこからメタノールが放出される。こうして形成されたシラノール基が更に反応して架橋する。

このハイブリッドポリマー、より正確にはプレポリマーはＭＳポリマー（変性シランポリマー、Modified Silane Polymer）の名称で工業的に市場に出ている。この技術の概要についてはG. Habenichtの下記文献を参照されたい。
"Kleben", Springer Verlag, 3rd edition, Berlin, 1997

さらに、従来技術として多くの特許を引用できる。
下記文献にはシラン末端を有するポリエーテルプレポリマーをベースにした２-成分のシーラントが提案されている。
欧州特許第EP 0 824 574号公報

第２成分はプレポリマーの架橋剤の役目をする。しかし、この系はコストが高く、複雑過ぎるため確立されていない。
下記文献には、シラン末端を有するポリオキシアルキレンからなるコンタクト接着剤と、被接着物を互いに接着する方法とが開示されている。
欧州特許第EP 0 442 380号公報

建設構造物の封止用コーテング組成物として利用できそうであるが、その適合可能性は明らかでない。
下記文献には、特別な安定化剤、例えばモノマー性イソシアネートをＭＳポリマーに加えて、シーリング化合物の耐流性を実用できるレベルまで上げることが記載されている。
欧州特許第EP 0 342 411号公報

しかし、この化合物は毒性が高いためこの提案の研究は行われていない。

純粋なＭＳポリマーは建設構造物をシーリングするためのコーティング組成物として基本的に有利な特性を有するにもかかわらず今日まで使用されてこなかった。その理由は、全体的に見た場合、適用が難しいことにある。すなわち、純粋なＭＳポリマーは極めて薄い膜厚にしかできない。また、純粋なＭＳポリマーは硬化が遅く、垂直または傾斜面上での耐流れ性が不十分で、均一な防水コーテング層を得るには不適当であるため、表面シール、継目シールまたはクラックシールに必要な厚い膜厚を得ることはできなかった。

本発明の目的は、建設構造物および／または平屋根を封止するためのＭＳポリマーをベースにした永久粘弾性を有する無溶剤、無水の１成分系コーティング組成物を提供することにある。本発明組成物は自己レベリングがあるように配合でき、しかも、傾斜面および／または垂直面のシールに使用できるだけの充分な耐流性を有する。
上記目的は本発明組成物によって達成される。

本発明のＭＳポリマーをベースにした一成分の無水のコーテング組成物は、全体で20重量％〜50重量％の互いに異なる粘度のシラン末端を有する(silane-terminated)ポリオキシアルキレンの混合物と、30％〜70重量％のチョーク（chalk）粉末と、0.5重量％〜5重量％の乾燥剤と、0.1重量％〜5重量％の硬化触媒と、0.2重量％〜5重量％の接着促進剤と、全体で０％〜20重量の、必要に応じて用いられる顔料、可塑剤、充填剤、光安定剤および熱安定剤とからなることを特徴とする。

建設構造物の封止に使用可能な本発明コーティング組成物は全ての典型的な建設物および／または屋根材料、例えばコンクリート、木材、プラスチック、金属、織成したガラス繊維材料および屋根用フェルトに非常によく付着する。従って、プライマーによる前処理が不用である。さらに、収縮が極めて少なく、水膨れ（ブリスタリング）は起こらない。純粋なシリコーンとは対照的に、溶剤含有および水含有塗料をとの重ね塗り性（overcoatability）が非常に良い。さらに、本発明コーティング組成物は湿った基板上に塗布することもできる。永久弾性を数年間維持する。この弾性の継続時間は湿分、pH、温度および機械的負荷等の周囲条件に依存する。

本発明のコーティング組成物はシラン基の加水分解反応と縮合反応のサイクルによって硬化する。これらの反応のトリガーは大気中の湿分である。メトキシ基から少量のメタノールが脱離することで弾性のある溶解しないネットワークが形成される。反応速度は硬化触媒の添加量で制御できる。

本発明の一つの有利な実施例はＭＳポリマーをベースにした無水（water-free）な１成分のコーティング組成物で、その特徴はシラン末端を有するポリオキシアルキレンとして0.1〜1.0 Pa-s、5〜10のPa-s、10〜15Pa-sおよび／または15〜25Pa-sの粘度（20℃、10s^-1の剪断速度で測定）を有するメトオキシ−アルキル−シラン末端を有する複数のポリオキシプロピレン化合物を含む点にある。これら２つのタイプのＭＳポリマーと残りの成分とを組合せることで本発明のコーティング組成物の流れ挙動を極めて理由動製のあるものから極めて粘性のあるものまで注文に応じてテーラーメードすることができる。

本発明の好ましい実施例では、使用するシラン末端を有するポリオキシアルキレンが5〜10Pa-sおよび／または10〜15Pa-sの粘度（20℃、10s−1の剪断速度で測定）を有する２種類のメトオキシ-アルキル-シラン末端を有するポリオキシプロピレンを10：1〜1:5の重量比で含む。

粘度の異なるシラン末端を有するポリオキシプロピレンを用いることによって、要求されるコーティング組成物に合った粘度にすることができる。シラン変性ポリオキシプロピレンプレポリマーの粘度は、ＭＳポリオキシプロピレンのモル質量および／またはモル質量分布により求めることができる。実用的な観点からは、メトキシ基の加水分解脱離の前の、使用するシラン末端を有するポリオキシプロピレンプレポリマーの数平均モル質量は約1000〜約30000 g／モルにする。約7Pasの粘度は約10 000 g/モルの数平均モル質量に対応し、15Pasの粘度は約25000 g/モルの数平均モル質量に対応する。

チョークを加えない状態で、5Pa-sまたは15Pa-sの粘度を有するシラン末端を有する各ポリオキシプロピレンを5〜1の重量混合比で使用した上記の本発明コーティング組成物は7Pasの粘度（20℃、10s^-1）を有する製品になる。

本発明の他の好ましい実施例では、１成分の無溶剤、無水のコーティング組成物は、20重量％〜70重量％のステアレートで疎水性処理されたチョーク粉末を含む。使用するチョーク材料は典型的なステアレート、例えばステアリン酸カルシウムまたはステアリン酸によって疎水性処理される。ステアレートの含有量は3重量％以下にする。

一般に、チョークの添加量はシーリング組成物の特定用途で要求される物理、機械的特性の関数である。特に、付着強度はチョークの添加量によって影響される。また、粘度を所望レベルに下げることもできる。

チョーク粉末の粒度は目的の膜厚の関数で広範囲から選択できるが、本発明では20マイクロメートル以下、より好ましくは10マイクロメートル以下の粒度を有するチョーク粉末を使用するのが好ましい。

シラン末端を有するプレポリマーのメトキシ基は湿分に曝されると加水分解および架橋を受けるので、コーティング組成物の製造時に水スカベンジャの関数で乾燥剤を加える必要がある。そうすることで接着剤およびシーラントを確実にが保存することができる。この機能に特に適したものはビニルトリメトキシシランである。この化合物の電子構造から、メトキシ基が使用するＭＳポリマーのメトキシ基よりはるかに速く加水分解する。乾燥剤が多量に消費された後にＭＳポリマーが架橋する。添加するビニルトリメトキシシランの量は各成分の含水量に依存するが、実際は一般に約1重量％である。

本発明コーティング組成物の表面に対する接着性を改善するために接着促進剤、特にシラン−ベースの接着促進剤を加えることができる。0.2重量％〜5重量％のアミノプロピルトリメトキシシランまたはアミノエチル−アミノプロピル−トリメトキシシランの添加が敏感であることが分っている。

本発明のコーティング組成物の硬化を速めるために、シラノール縮合触媒（硬化触媒）を生産段階で加える。適切であることが分っている硬化触媒には錫、チタンおよびアルミニウムのカルボキシレートおよびキレートが含まれる。特に適したものはジブチル錫ジアセチルアセトネートである。触媒の重量比率は率は0.1重量％〜5重量％、好ましくは1重量％〜2重量％である。

本発明のコーティング組成物には通常の添加剤、例えば顔料、可塑剤、光安定剤、着色剤および充填剤を合計で0重量％〜20重量％まで加えることができる。適した顔料の例二酸化チタン、酸化鉄、カーボンブラックまたは有機顔料である。

可塑化は良く知られた化合物で行うことができる。例としてはフタル酸エステル、シクロヘキサンジカルボン酸エステルまたはポリプロピレンオキシドが挙げられる。
本発明コーティング組成物の耐光性を改善するために光安定剤を加えることもできる。この目的に適した例としてはHALS化合物（立体障害型光安定剤）として公知の化合物、特に、ビス（2、2、6、6-テトラ−メチル-4-ピペリジル）セバケートまたはベンゾトリアゾール誘導体化合物、例えば2、4-ジ-tert-ブチル−6-（5-クロルベンゾトリアゾル-2-イル）フェノールが挙げられる。
他の有利で利用可能な添加剤の具体例としては細かく分散した充填剤（被覆されていてもされていなくてもよい）。その例としてはドロマイト、タルク、マイカおよびヘビースパーがある。

本発明のコーティング組成物は減圧混合機でバッチ操作で作ることができる。液体のシラン末端を有するポリマー成分（ＭＳポリマー）を秤量し、混合機へ入れる。次に、必要に応じて可塑剤、顔料および光安定剤を加える。これらの成分を慎重に混合した後、固体成分（主としてチョーク粉末）を強い剪断力下かつ弱い減圧下（約100ミリバール）に混合する。バッチを約50℃以下へ冷却した後、乾燥剤を入れる。その後、硬化触媒を加えて混合する。バッチ中に空気の気泡ができるので、簡単な脱気を再び行う。

上記のようにして作った１成分、無溶剤、無水の建設構造物または平屋根の封止用コーティング組成物はこの技術分野の熟練者および日曜大工（DIYers）が容易に使用できる。このコーティング組成物はブラシ、ローラー、コーテングナイフまたは市販の噴霧機器で塗布できる。このコーティング組成物は一般的な全ての工業的建設材料、例えば金属、屋根用フェルト、織成繊維材料、プラスチック、ガラス、セラミックおよび鉱物の建設材料に付着する。種々の粘度に調整可能であるので、垂直面および水平面に塗布できる。一般に、基板へのプライマーの塗布は不必要である。

本発明のコーティング組成物は天井構造物および／または平屋根の両方の封止に適している。平屋根の建設時でも修理をする場合でもよい。例としては表面クラッキングの危険があるガラス繊維メッシュ構造を埋め込んだ平屋根のシーリングを特に挙げることができる。さらに別の例としては煙突の継ぎ目、ドーム天井および平屋根のエッジ部およびコーナーのシーリングを挙げることができる。さらに本発明のコーテング組成物は基礎、バルコニ、パティオ、スクリードまたはフラグを水の侵入から保護するのに適している。本発明コーテング組成物のさらに大きい利用分野は全ての種類のシーリング、コーキングである。その例としては平屋根の伸縮継ぎ目および可動継ぎ目や、建築構造物のトランジション継ぎ目等が含まれる。

本発明のコーティング組成物は有機溶媒もビチューメンも水も含まない１成分元系である。厚さ1.5mmの層の乾燥時間は2O℃、60％相対湿度で約24時間である。２層以上を互い重ね塗りしても問題はない。硬化による収縮は最小である。この組成物には水性分散塗料または溶剤を含む塗料を重ね塗りすることができる。得られたシールは耐久性に優れ、弾性があり、耐光性に優れている。

実施例1
10kgの粘度が１Pa-sのジメトキシ−メチル−シラン−末端を有するポリオキシプロピレンと、15kgの粘度が約10Pa-sのジメトキシ−メチル−シラン−末端を有するポリオキシプロピレンと、15kgのフタル酸ジイソデシルと、1kgの二酸化チタン顔料と、0.25kgのビス（2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル）セバケートとを、減圧可能な遊星混合機に入れ、全ての成分を大気圧下で慎重に均質化した（粘度は全て2O℃、10s^-1で測定した）。その後で、＜10マイクロメートルの重量が90％以上である粒度を有する疎水性処理したチョーク粉末50kgを50mbarの減圧下に混合した。
混合物を40℃まで冷却し、空気を入れ、大気圧下で１kgのビニルトリメトキシシランを混合した。次に、0.5kgのアミノプロピルトリエトキシシランを入れ、最後に、0.5kgのジブチル錫ジアセチルアセトネートを加え、全体が滑らかになるまで混合物は撹拌し、再び100mbarで脱ガスした。得られた調合物の粘度は30Pa−sである。
テストのために、得られたコーテング組成物をコンクリート・サンプル・スラブ（B 25）上にコーティングナイフを用いて厚さ1.5mmに塗布し、20℃、60％相対湿度で5日間乾燥放置した。テストで得られた固有値は［表1］に示してある。

実施例２
20kgの粘度が10Pa−sのジメトキシ-メチルシラン-末端を有するポリオキシプロピレンと、4kgの粘度が20Pa−sのジメトキシ-メチル・シラン末端を有するポリオキシプロピレンと、10kgのフタル酸ジイソデシルと、1kgのカーボンブラックと、0.5kgの二酸化酸化チタンと、0.33kgのビス（2、2、6、6-テトラメチル-4-ピペリジル）セバケートとを減圧可能な混合機に入れ、大気圧下で各成分を軽く撹拌した（粘度は全て2O℃、10s^-1で測定した）。次に、質量の90％が＜15マイクロメートルであるチョーク粉末35kgを加え、均一になるまで混合物に剪断力を加えた。
得られたバッチを50℃に冷却し、空気を入れ、大気圧下に1.5kgのビニルトリメトキシシランを混合した。次に、0.6kgのアミノトリエトオキシ−シランを入れ、最後に0.6kgの、ジブチル錫ジアセチルアセトネートを加え、滑らかになるまで混合物を撹拌し、再び50mbarまで軽く脱気した。
得られたコーテング組成物の粘度は60Pasであった。テストのために得られた材料をガラス繊維の艶消し表面上に厚さ1.5mmに塗布した。［表1］に示した固有値は25℃、60％相対湿度で5日乾燥放置した後に得られたものである。

Claims (9)

1. 全体で20重量％〜50重量％の互いに異なる粘度のシラン末端を有するポリオキシアルキレンの混合物と、30％〜70重量％のチョーク粉末と、0.5重量％〜5重量％の乾燥剤と、0.1重量％〜5重量％の硬化触媒と、0.2重量％〜5重量％の接着促進剤と、全体で０％〜20重量の、必要に応じて用いられる顔料、可塑剤、充填剤、光安定剤および熱安定剤とからなることを特徴とする、ＭＳポリマーをベースにした一成分の無水のコーテング組成物。
2. シラン末端を有するポリオキシアルキレンとして、0.1〜1.0Pa-s、5〜10Pa-s、10〜15Pa-sおよび／または15〜25Pa-sの粘度（20℃および10s^-1の剪断速度で測定）を有する複数のメトオキシ-アルキル-シラン末端を有するポリオキシプロピレン化合物を含む請求項1に記載の一成分の無水コーテング組成物。
3. シラン末端を有するポリオキシアルキレンとして、5〜10Pa-sおよび／または10〜15a-sの粘度（2O℃および10s^-1の剪断速度で測定）を有する２種のメトオキシ-アルキル-シラン末端を有するポリオキシプロピレン化合物を10：1〜1:5の重量比で含む請求項1または２に記載の１成分の無水のコーティング組成物。
4. 20重量％〜70重量％のステアレートで疎水性処理されたチョーク粉末を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の１成分無水コーティング組成物。
5. 乾燥剤として0.5重量％〜5重量％のビニルトリメトキシシランを含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の１成分無水コーティング組成物。
6. 硬化触媒として0.1重量％〜5重量％のジブチル錫ジアセチルアセトナートを含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の１成分無水コーティング組成物。
7. 接着促進剤として0.2重量％〜5重量％のアミノシラン、例えばアミノプロピル−トリメトキシシランまたはアミノエチル−アミノプロピル−トリメトキシシランを含む請求項1〜６のいずれか一項に記載の１成分無水コーティング組成物。
8. 減圧混合機中に液体のシラン末端を有するポリオキシアルキレンを可塑剤、安定化剤および顔料と一緒に導入し、次に、チョーク粉末を真空脱気しながら混合し、次に、乾燥剤、接着促進剤および硬化触媒を個別に順次加えた後、混合物を再び脱気することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のＭＳポリマーをベースにした建設構造物の封止用の１成分無水コーティング組成物の製造方法。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の１成分無水コーティング組成物の建設構造物または平屋根のシーリングで使用。